Способ борьбы с горными ударами и внезапными выбросами

Авторы патента:

E21F5/00 - Способы и средства для предотвращения образования пыли, для связывания, осаждения или удаления пыли; предотвращение взрывов или рудничных пожаров (перемычки E21F 17/103; нанесение жидкостей или других текучих материалов на поверхности вообще B05)

Владельцы патента RU 2599121:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" (RU)

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам предотвращения горных ударов и выбросов газа и пыли. Техническим результатом является снижение трудоемкости и повышение эффективности предотвращения динамических явлений в массиве горных пород за счет обеспечения дифференциального разупрочнения слоя пород, залегающего вблизи выработки. Способ включает бурение скважин и нагнетание в них водного раствора электропроводящей жидкости, например водного раствора хлористого кальция, который предварительно охлаждают до отрицательной температуры. Концентрацию раствора выбирают таким образом, чтобы температура, до которой можно охладить раствор, обеспечивала промерзание горных пород в зоне теплового влияния скважины и создание сплошной зоны таломерзлой среды между скважинами.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам предотвращения горных ударов и выбросов газа. Изобретение может быть использовано в горной промышленности для обеспечения безопасности при разработке удароопасных пластов, а также пластов опасных по выбросам газа и пыли.

Известен способ разработки удароопасных пластов с использованием нижележащего неудароопасного пласта (авторское свидетельство SU №1295005, опубл. 07.03.1987 г.). Способ заключается в том, что изучают стратиграфический разрез и геологическое строение свиты пластов и вмещающих пород, включающие и разрабатываемый удароопасный пласт, определяют нижележащий неудароопасный защитный пласт, который подлежит первоочередной отработке (расстояние между защитным и защищаемым пластами должно быть не менее трех вынимаемых мощностей последнего и не более 40-80 м (в зависимости от физико-механических свойств и состава пород междупластия); выбирают технологическую схему опережающей отработки защитного пласта, обеспечивающую ударобезопасное ведение горных работ на защищаемом пласте.

Недостатками этого способа являются:

- обязательное наличие неудароопасного защитного пласта, расположенного ниже защищаемого на расстоянии не менее трех вынимаемых мощностей защитного пласта и не более 40-80 м в зависимости от физико-механических свойств и состава пород междупластия;

- обязательное опережение горных работ на защитном пласте (не менее чем на 1,5 выемочных столба по падению), что в современных условиях и при длинных выемочных столбах может привести к отставанию во времени развития очистных работ на защищаемом (возможно, более производительном) пласте на 1-2 года;

- увеличение в 1,3-1,5 раза себестоимости добычи угля, т.к. защитный пласт может быть низкокачественным и залегать в сложных горно-геологических условиях;

- низкая надежность способа из-за высокой изменчивости горно-геологических условий (мощности пластов и междупластий, физико-механических свойств и состава горного массива и др.).

Известен способ борьбы с горными ударами с применением разгрузочных скважин (авторское свидетельство №1578364, опубл. 15.07.1990 г.). Этот способ заключается в том, что из ярусных штреков, которые при ведении очистных работ впоследствии окажутся в зоне опорного давления, в краевые части выемочного столба и околоштрекового целика бурят специальные разгрузочные скважины диаметром 150-390 мм, длиной 5-15 м и расстоянием между ними 1,5-5,0 м.

Недостатками данного способа являются:

- необходимость бурения большого объема скважин впереди очистного забоя (до 5000-10000 м на один забой);

- значительные затраты на его осуществление, увеличивающие себестоимость добычи 1 т угля на 20-30%;

- низкая эффективность способа (по данным Калинин С.И. Геомеханическое обеспечение эффективной выемки мощных пологих пластов с труднообрушаемой кровлей механизированными комплексами. / С.И. Калинин, В.М. Колмогоров. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2002. - 113 с.): из 20 горных ударов на пласте 7-7а шахты "Распадская", 12 произошли в выработках, где он применялся).

Известен также способ предотвращения динамических явлений при разработке угольных пластов (патент РФ №1798523, опубл. 28.02.1993 г.), согласно которому во вмещающие горные породы бурят скважины, через которые нагнетают водосодержащее жидкое взрывчатое вещество (ВВ) на участки ослабленных контактов слоев вмещающих пород, а сами скважины заполняют загущенной взрывчатой смесью. Разупрочнение горных пород производят путем взрыва водосодержащего ВВ, причем инициирование взрыва осуществляют неэлектрическим способом.

Недостатком этого способа является невозможность обеспечения в достаточной степени разгрузки вмещающих пород выработки и неполное устранение вероятности горных ударов, особенно на участках расположения слоя крепкой породы в непосредственной близости от почвы выработки.

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототип) является способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа и горными ударами, включающий бурение скважин и нагнетание в них жидкости (авторское свидетельство №2108463, опубл. 10.04.1998 г.). Способ заключается в том, что в скважины нагнетают электропроводящую жидкость, а на всю глубину скважин устанавливают электроды-релаксаторы, при этом электропроводящую жидкость нагнетают до возникновения между соседними скважинами устойчивой электрической цепи, проводимость которой прекращает расти при дальнейшей подаче жидкости.

Основным недостатком данного способа является высокая трудоемкость, а также затраты значительных временных ресурсов, поскольку проведение данных мероприятий требует оценки эффективности согласно нормативным методам: для удароопасных пластов - методом ВНИМИ, для выбросоопасных - методом ВостНИИ, и при выявлении неэффективности способ необходимо повторять.

Техническим результатом изобретения является возможность предотвращения динамических явлений и безопасности ведения горных работ за счет дифференцированного разупрочнения отдельных частей слоя породы, залегающего вблизи выработки.

Технический результат достигается тем, что жидкость предварительно охлаждают до отрицательной температуры, обеспечивающей замерзание горных пород в зоне теплового влияния скважин и создание зоны сплошной таломерзлой среды между скважинами.

Способ осуществляется следующим образом. В пробуренные скважины нагнетают водный раствор электропроводящей жидкости, например водный раствор хлористого кальция, предварительно охлажденного до отрицательной температуры. Чем больше концентрация соли, тем до более низкой температуры может быть охлажден раствор. Концентрация соли, которая определяет температуру замерзания раствора, выбирается на основании соответствующих тепловых расчетов с учетом заданного радиуса замерзания пород вокруг скважин. Температура раствора должна быть такой, чтобы обеспечить сплошную зону, т.е. смыкание радиусов теплового влияния соседних скважин. Разупрочнение пород происходит следующим образом. Нагнетание водного раствора соли вызывает расклинивающее действие в трещинах и снижение прочности пород (эффект Ребиндера). Если мы дополнительно охладим раствор до отрицательной температуры, то за счет замерзания воды в мелких трещинах в зоне теплового влияния скважины, куда не проникает раствор, произойдет дополнительный расклинивающий эффект, т.к. объем льда на 10% больше объема воды. То есть произойдет дополнительное разупрочнение горного массива в зоне теплового влияния скважин. Кроме того, повышенное давление, возникающее при замерзании воды в мелких трещинах и порах, передается на соляной незамерзший раствор, усиливая разупрочняющее действие раствора. Происходит взаимовлияние двух эффектов, вызывающий новый, изменяющий напряженно-деформированное состояние пород эффект. В результате формируется новая породная среда - таломерзлая, в которой первоначальные напряжения, вызывающие внезапные выбросы и горные удары, полностью релаксируются. Последующее оттаивание пород, как показывают специальные исследования, обратного упрочнения пород не вызывает. Следует отметить, что способ не является суммированием двух эффектов для достижения цели. Если бы мы просто заморозили породы, то это привело бы к упрочнению горных пород, а не их разупрочнению. Именно создание новой, таломерзлой породной среды, позволяет добиться цели изобретения - релаксации начальных опасных напряжений в породах, склонных к горным ударам и внезапным выбросам.

Отличием предлагаемого способа от известных является то, что нагнетаемый в скважины раствор имеет отрицательную температуру, достаточную для проморозки пород в зоне теплового влияния скважины и создание сплошной таломерзлой среды. Данное отличие является существенным, так как только с его помощью можно добиться технического эффекта.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он может использоваться для борьбы как с внезапными выбросами угля и газа, так и с горными ударами на угольных пластах с различными марками угла. При этом приведение угольного пласта в неопасное состояние происходит до перехода краевой части пласта в предельно напряженное состояние и в любых горно-геологических условиях. Это обеспечивает и безопасность ведения горных работ.

Способ является технологически и экономически более выгодным, поскольку разгрузка массива через скважины не связана непосредственно с технологией ведения горных работ, не требует непосредственного нахождения людей в опасных зонах, что способствует снижению производственного риска, повышению технико-экономических показателей работы очистных и подготовительных забоев и шахты (рудника).

Способ борьбы с горными ударами и внезапными выбросами, включающий бурение скважин и нагнетание в них электропроводящей жидкости, отличающийся тем, что жидкость предварительно охлаждают до отрицательной температуры, обеспечивающей замерзание горных пород в зоне теплового влияния скважин и создание зоны сплошной таломерзлой среды между скважинами.

Группа изобретений относится к затвердевающему пеноматериалу, содержащему угольную золу, для предотвращений самовозгорания угля и способу его получения. Затвердевающий пеноматериал, содержащий угольную золу, для предотвращения самовозгорания угля содержит, мас.ч.: воду 40-60, угольную золу 100, порошкообразный состав, выделяющий газ в ходе химической реакции, 25-40, ускоритель 3-5, активатор 2-4, пластификатор 1-2, стабилизирующий пену состав 1, причем порошкообразный состав, выделяющий газ в ходе химической реакции, получен при следующем соотношении, мас.ч.: полугидрат сульфата кальция 24-35 и бикарбонат натрия 1-5, которые вступают в химическую реакцию с образованием инертного газа, т.е.

Система и способ предотвращения взрыва газа в угольных шахтах // 2583964

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к средствам предотвращения взрыва газа в угольных шахтах. Техническим результатом является обеспечение высокой надежности, практичности, легкости и удобства эксплуатации и повышение безопасности работы в угольных шахтах.

Способ разгрузки удароопасных и структурно нарушенных участков месторождений // 2573663

Изобретение относится к горному делу, а именно к подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Способ включает бурение скважин по горным породам, размещение в них зарядов ВВ, формирование зоны разрушенных пород взрыванием пород.

Устройство для измерения эффективной диффузии газа в угле // 2571769

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности и может быть использовано в шахтах для определения эффективной диффузии газа в угле в месте отбора пробы в реальном времени.

Способ прогнозирования опасности выброса угля и газа посредством объединения различной информации // 2567878

Изобретение относится к способу прогнозирования опасности выброса угля и газа посредством объединения различной информации, который можно использовать в очистных забоях угольных шахт.

Способ контроля обледенения жалюзи воздухоприемной решетки // 2563710

Изобретение предназначено для определения начала обледенения жалюзи воздухоприемной решетки при исследовании тепловых процессов, осуществляемых в целях защиты от обледенения.

Способ предотвращения и контроля внезапных зональных выбросов угля и газа // 2554605

Изобретение относится к способу предотвращения и контроля внезапных зональных выбросов угля и газа из угольных пластов. Способ предотвращения и контроля внезапных зональных выбросов угля и газа, согласно которому разделяют район производства горных работ на зоны (5) производства горных работ путем распределения дефектов и складок в месторождении таким образом, что границы зон (5) производства горных работ по возможности располагаются в осевых частях дефектов или складок.

Взрывоустойчивое перемычное устройство // 2554371

Изобретение относится к возведению перемычек в горнорудной промышленности, а более конкретно к устройству перемычек в подводящих выработках отработанных очистных лав и в выработках у запожаренных участков в газовых шахтах.

Способ предупреждения и подавления самовозгорания породных отвалов // 2547186

Изобретение относится к горной промышленности, борьбе с эндогенными пожарами. Техническим результатом является повышение эффективности способа предупреждения и подавления самовозгорания породных отвалов.

Способ предотвращения взрывов горючих газов в шахтах // 2543244

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к борьбе с взрывами горючих газов в горных выработках. Техническим результатом является повышение эффективности способа предотвращения взрывов горючих газов, а также снижение расхода пенообразующей жидкости.

Система вентиляции угольной шахты и устройство для извлечения метана из рудничного воздуха (варианты) // 2616954

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к системе вентиляции угольной шахты и устройству для извлечения метана из рудничного воздуха. Технический результат заключается в предотвращении взрывов из-за скоплений метановоздушной смеси под кровлей с возможностью последующей концентрации метановоздушной смеси для дальнейшего использования. Система вентиляции включает по меньшей мере три воздуховода, По одному нагнетательному воздуховоду поступает чистый воздух, при этом площадь нагнетательного зонта значительно превышает сечение воздуховода. По второму воздуховоду, соединенному с устройством для извлечения метана из рудничного воздуха, удаляется рудничный воздух, содержащий сконцентрированный метан, при этом площадь вытяжного зонта значительно превышает сечение воздуховода, и он установлен в максимально высоких точках штрека. По третьему воздуховоду удаляется загрязненный рудничный воздух, и он установлен в максимально низких местах штрека. Воздуховоды имеют протяженность от очистного забоя до поверхности земли. По всей длине горной выработки поперек продольного направления в потолочной части установлены газонепроницаемые перегородки. К потолку штрека прикреплены на прочных нитях воздушные шары, наполненные негорючим газом, при этом воздушные шары тяжелее метана, но легче воздуха. На уровне нижней части газонепроницаемых перегородок установлены датчики, фиксирующие уровень высоты воздушных шаров, выполненные с возможностью передачи команды для увеличения или уменьшения скорости вытяжки рудничного воздуха, содержащего метан, и нагнетания чистого воздуха. Устройство для извлечения метана из рудничного воздуха, поступающего из шахты, включающее герметичный резервуар, к потолочной части которого прикреплены воздушные шары, наполненные негорючим газом, при этом шары тяжелее метана, но легче воздуха. На уровне средней части и выше установлены датчики, фиксирующие уровень нахождения воздушных шаров, с возможностью передачи команды для увеличения или уменьшения скорости вытяжки метана/воздуха, обогащенного метаном. На уровне средней части и ниже установлен воздуховод, подающий рудничный воздух, поступающий из шахты и содержащий в большом количестве метан. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Радиоизотопный способ измерения отложения пыли в горных выработках и устройство для его реализации // 2618268

Изобретение относится к технике контроля запыленности поверхности горных выработок, промышленных помещений на предприятиях угольной, горно-металлургической и других отраслей промышленности и сельскохозяйственного производства, где присутствует взрывчатая пыль: угольная, сульфидная, мучная, пластмассовая и др. Техническим результатом является повышение эффективности и безопасности использования радиоизотопного способа измерения текущей массы пылевого осадка и упрощение конструкции устройства его реализующего. Предложен радиоизотопный способ измерения отложения пыли в горных выработках, заключающийся в использовании прямого поглощения мягкого бета-излучения пылью, осажденной на тонкую подложку-коллектор, которую располагают на детекторе, а источник углерод-14 в виде тонкой таблетки размещают на Г-образной стойке над коллектором на некоторой высоте от его центра. При этом измерение массы пылевого осадка производится в следующей последовательности. На детектор кладется тонкий коллектор, например фильтр АФА. Измеряется интенсивность I0 потока бета-частиц, прошедших через фильтр, и далее производится измерение интенсивности потока бета-частиц в процессе осаждения пыли Ii. Определяется масса пыли в мг, осевшей на 1 см2 поверхности, при этом k определяется из сравнения поверхностной плотности σi с величиной, определенной весовым методом, одновременно вычисляется погрешность измерения. Измерения σi происходят непрерывно с интервалами между измерениями, зависящими от скорости накопления осадка, до тех пор, пока погрешность Δσi/σi не достигнет заданной величины. Цикл измерения повторяется, пока величина массы осевшей пыли на фильтре не достигнет заданного значения. Результат представляется либо на цифровом табло, либо цветовыми сигналами, свидетельствующими о степени приближения массы осевшей пыли к критическому значению. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ обнаружения подземных пожаров // 2631516

Изобретение относится к горному делу, а именно к области техники безопасности и профилактики эндогенных пожаров при подземной разработке угольных пластов, склонных к самовозгоранию. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и точности локации очагов подземных пожаров, снижение затрат на тушение пожаров и повышение безопасности горных работ. Предлагается способ обнаружения подземных пожаров, включающий проведение электроразведки с измерением удельного электросопротивления, мощности слоев геолектрического разреза и определение температуры угля t в аномальной зоне. Способ осуществляется с поверхности земли, а температуру угля t в аномальной зоне определяют с учетом электрического сопротивления геолектрического разреза и свойств угля. 1 ил.